鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理課后思考題答案

1、1.鋼結(jié)構(gòu)對鋼材性能有哪些要求答：較高的強度，較好的變形能力，良好的工藝性能。2.鋼材的塑性破壞和脆性破壞有何區(qū)別 構(gòu)件可能的應(yīng)變能力而產(chǎn)生的， 而且僅在構(gòu)件 破壞前構(gòu)件產(chǎn)生較大的塑性變形，斷裂后的端答：塑性破壞是由于變形過大，的應(yīng)力達到了鋼材的抗拉輕度口呈纖維狀， 色澤發(fā)暗。超過了材料或 fu 后才發(fā)生。 在塑性破壞前，構(gòu)件發(fā)生較大的塑性變形， 且變形持續(xù)的時間較長， 容易及時被發(fā)現(xiàn)而采取補救措施， 不 致引起嚴重后果。另外，塑性變形后出現(xiàn)內(nèi)力重分布， 使結(jié)構(gòu)中原先受力不等的部分應(yīng)力 趨于均勻，因而提高了結(jié)構(gòu)的承載能力。 脆性破壞前 塑性變形很小，甚至沒有塑性變形， 計算應(yīng)力可能小于鋼才的屈

2、服點fy,斷裂從應(yīng)力集中處開始。冶金和機械加工過程中產(chǎn)生的缺陷， 特別是缺口和裂紋， 常是斷裂的發(fā)源地。 破壞 前沒有任何預(yù)兆， 無法及時察覺和 采取補救措施， 而且個別構(gòu)件的斷裂常會引起整體結(jié)構(gòu)塌 毀，后果嚴重，損失較大。3.剛才有哪幾項主要性能，分別可用什么指標來衡量長率3,冷彎性能，沖擊韌性答：屈服點fy,抗拉強度fy,伸4.影響鋼材性能的主要性能有哪些答：化學成分的影響。冶煉、澆注、軋制過程及熱處理的影響。鋼材的硬化。溫度的影響。5. 簡述化學元素對鋼材性能有哪些影響性等。硫和磷降低鋼材的塑性。韌性?？珊?和錳是脫氧劑,使鋼材的強度提高。釩和鈦是 塑性。 銅能提高鋼的強度和抗腐蝕性能,

3、 應(yīng)力集中的影響。重復荷載作用的影響。答;碳直接影響鋼材的強度、塑性、韌性和可焊性和疲勞強度。氧使鋼熱脆,氮使鋼冷脆。硅 提高鋼的強度和抗腐蝕性又不顯著降低鋼的 但對可 焊性不利。6. 什么是冷作硬化和時效硬化答：鋼材受荷超過彈性范圍以后,若重復地卸載加載,將使鋼材彈性極限提高, 塑性降低, 這種現(xiàn)象稱為鋼材的應(yīng)變硬化或冷作硬化。 軋制鋼材 放置一段時間后,強度提高,塑性降 低,稱為時效硬化。答：鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件中有時存在 分布將不再保持均勻,而是高峰應(yīng)力,這種現(xiàn)象稱為7 簡述溫度對鋼材的主要性能有哪些影響 答：溫度升高,鋼材強度降低,應(yīng)變增大, 反之溫度降低,鋼材強度會略有增加,塑性和韌 性卻會

4、降低而變脆。8. 什么是鋼材的應(yīng)力集中,它對鋼材的性能有哪些影響孔洞、槽口、凹角、缺陷以及截面突然改變時,構(gòu)件中的應(yīng)力 在缺陷以及截面突然改變處附近,出現(xiàn)應(yīng)力線曲折。密集。產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。應(yīng)力集中是引起脆性破壞的根源。9. 什么叫鋼材的疲勞影響鋼材疲勞破壞的主要因素有哪些答：根據(jù)試驗, 鋼材在直接的。連續(xù)反復的動力荷載作用下, 鋼材的強度將會降低, 即低于 一 次 靜 力 荷 載 作 用 下 的 拉 伸 試 驗 的 極 限 強 度 fu , 這 種 現(xiàn) 象 稱 為 鋼 材 的 疲 勞 。 應(yīng)力 集中的程度。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。應(yīng)力大小。10. 復雜應(yīng)力作用下鋼材的屈服條件是什么復雜應(yīng)力對鋼材的性能

5、有何影響答：11. 鋼結(jié)構(gòu)中選擇鋼材時要考慮哪些因素答：結(jié)構(gòu)的重要性。荷載情況。連接方法。工作條件。鋼材厚度。12. 鋼結(jié)構(gòu)的連接方法有哪幾種 答：焊縫連接、鉚釘連接、普通螺栓連接和高強度螺栓 連接。13. 焊接的連接有何優(yōu)缺點 答：優(yōu)點：構(gòu)造簡單,制造加工方便。 不消弱構(gòu)件截面,節(jié)約鋼材。 易于采取自動化操作, 保證焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。 連接密封性好、結(jié)構(gòu)剛度大。 缺點： 由于焊縫附近的熱影響區(qū),使鋼材的性能發(fā)生變化,導致材質(zhì)變脆。焊接殘余應(yīng)力和殘余變形對結(jié)構(gòu)的受力有不利影響。 焊接結(jié)構(gòu)的低溫冷脆問題比較突出。焊接結(jié)構(gòu)對裂縫比 較敏感,局部裂縫一經(jīng)發(fā)生便容易擴展到整體。14. 鋼結(jié)構(gòu)在焊接時,

6、焊條或焊縫應(yīng)如何選擇 答：手工電弧焊焊條與焊件金屬強度相適 應(yīng)，Q235用E43, Q345用E50,對不同鋼材連接 時，宜用與低強度鋼材相適應(yīng)的焊條。15. 焊縫有哪些焊縫缺陷焊縫的質(zhì)量有幾個級別,分別有何要求 答：裂紋、 氣孔、燒穿、夾渣、未焊透、咬邊和焊瘤等。 焊縫的質(zhì)量檢查標準分為三級 : 第三級只要求通過外觀檢 查。 第二級是在外觀檢查的基礎(chǔ)上再做無損檢驗,二級檢查要求采 用超聲波檢驗每條焊縫的 20%長度,一級檢查要求檢驗每條焊縫的全部長度。16. 普通螺栓中 A、B 級螺栓與 C 級螺栓有何主要區(qū)別 答： A、B 級螺栓一般用 45 號 鋼和 35 號鋼制成, 需要機械加工, 尺

7、寸精細。 C 級螺栓一般 用 Q235 鋼制成, 加工粗糙, 尺寸不夠精確。17. 在高強螺栓連接中, 什么是摩擦型螺栓什么是承壓型螺栓 答： 摩擦型連接只利用答：正面角焊縫： 應(yīng)力狀態(tài)復雜， 向；側(cè)面角焊縫：主要承受剪力 力的作用方向。答：桿件與節(jié)點板的連接焊縫，用 L 形圍焊， 所有圍焊的轉(zhuǎn)角 做長度為 2hf 的繞角焊， 以免作。當板件僅用兩條側(cè)焊縫宜使iw>b同時為了避免因被連接構(gòu)件之間的摩擦力傳遞剪力， 以摩擦力被克服作為承載能力極 限狀態(tài)。 承壓型連 接允許被連接構(gòu)件接觸面之間發(fā)生相對滑移， 其極限狀態(tài)和普通螺栓相同， 以螺栓桿被剪 壞和孔壁承壓破壞作為承載能力極限狀態(tài)。18

8、. 正面角焊縫和側(cè)面角焊縫在受力性能方面有何區(qū)別破壞強度高，塑性變形差，角焊縫長度垂直于力的作用方 作用，彈性狀態(tài)不均勻，塑性逐漸均勻，角焊縫長度平行于19. 角焊縫有哪些構(gòu)造要求為什么有這樣的構(gòu)造要求一般采用兩面?zhèn)群福?也可采用三面圍焊， 對角鋼桿件也可采 處必須連續(xù)施焊。當角焊縫的端部在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處時，可連續(xù) 起落弧缺陷發(fā)生在應(yīng)力集中較大的轉(zhuǎn)角處，從而改善連接的工 連接時， 為避免應(yīng)力傳遞的過分彎折而使板件應(yīng)力過分不均，焊縫橫向收縮時引起板件拱曲太大，宜使bw 16t或200mm , t為較薄焊件厚度。20. 焊接產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力的原因是什么焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)性能有哪些影響答：縱向殘余應(yīng)力：

9、高溫處的鋼材膨脹最大，產(chǎn)生熱狀塑性壓縮，冷卻時，被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向于縮得比原始長度稍短， 這種縮短變形受到兩側(cè)鋼材的限制， 是焊縫區(qū)產(chǎn)生縱向拉 應(yīng) 力。橫向殘余應(yīng)力： 一是由于焊縫縱向收縮， 兩塊鋼板趨向于形成反向的彎曲變形， 但實 際 上焊縫兩塊鋼板練成整體， 不能分開， 于是在焊縫中部產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力， 而在兩端產(chǎn)生橫 向 拉應(yīng)力； 二是焊縫在施焊過程中， 先后冷卻的時間不同， 先焊的焊縫已經(jīng)凝固， 且有一定 的 強度，會阻止后焊焊縫在橫向自由膨脹，使其發(fā)生橫向的塑性壓縮變形。對結(jié)構(gòu)靜力強度的影響。對結(jié)構(gòu)剛度的影響。對低溫冷脆的影響。對疲勞強度的影響。21. 螺栓在鋼板上的容許距離都有最

10、大和最小的限制，他們是根據(jù)哪些要求制定的 答：受力要求，構(gòu)造要求，施工要求。22. 普通螺栓的受剪螺栓連接有哪幾種破壞形式答：被剪斷 （抗剪強度） ，擠壓壞 （抗壓強度） ，被拉壞或壓壞（凈截面強度不夠） ，端部板 件剪壞（端距過?。?，栓件彎 曲過大（板厚不大于 5d） 。23. 簡述高強度螺栓連接和普通螺栓連接的受力特點有何不同 答：高強的螺栓連接除了 材料強度高之外， 在擰緊螺帽時， 螺栓內(nèi)施加了很大的預(yù)拉力， 連 接件間的擠壓力就很大， 因而接觸面的摩擦力就很大， 這種預(yù)拉力和摩擦力對高強度螺栓傳 遞外力的機制產(chǎn)生了很 大的影響。24. 軸心受力構(gòu)件的兩種極限狀態(tài)，包括哪些內(nèi)容答：對承

11、載能力極限狀態(tài)的要求，軸心受拉構(gòu)件只有強度問題，而軸心受壓構(gòu)件則有強度和穩(wěn)定問題；對正常使用極限狀態(tài)的要求，每類構(gòu)件都有剛度問題。25. 為什么彈性階段的臨界應(yīng)力只和構(gòu)件的長細比有關(guān)，而彈塑性階段的臨界應(yīng)力不僅僅只和構(gòu)件的長細比有關(guān) 答：彈性階段彈性模量E為常數(shù)，公式只是長細比入的單一函數(shù)，彈塑性階段，截面應(yīng)力 在屈曲前已超過鋼材的比例極限， 構(gòu)件處于彈塑性階段， 公 式中切線模量雖然仍是 入的函數(shù)，但同時還和切線模量 Et有關(guān)，而Et和材料的抗壓強 度有關(guān)。©w中的穩(wěn)定系數(shù) $需要根據(jù)哪幾個因素確定答：應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的長細比、鋼材屈服強度以及表 4-4 和表 4-5 的截面分類按附錄

12、4 采用。27. 為什么不通過驗算應(yīng)力而驗算寬厚比來保證局部穩(wěn)定性為什么有的寬厚比限值與入有 關(guān)，有的無關(guān)如 入xy代入驗算公式中的 入為何值 答：軋制型鋼的翼緣和腹板一般 都有較大的厚度， 寬厚比相對較小， 都能滿足局部穩(wěn)定要求， 可不做驗算。對焊接組合 截面構(gòu)件，一般采用限制板件的寬厚比辦法來保證局部穩(wěn)定。取構(gòu)件兩方向長細比的較大值。28. 格構(gòu)式柱應(yīng)通過等穩(wěn)定條件確定分肢間的距離，試問等穩(wěn)定條件是：入ox=入x入ox=入y還是入x=入答:29. 為什么格構(gòu)式柱分肢穩(wěn)定驗算只考慮入1為什么不用 入1入max進行分肢穩(wěn)定計算答：分肢失穩(wěn)的臨界應(yīng)力應(yīng)大于整個構(gòu)件失穩(wěn)的臨界應(yīng)力，規(guī)范采用控制分肢

13、入1不大于構(gòu)件入max的規(guī)定來實現(xiàn)。考慮到制造配置偏差、初始彎曲等缺陷的影響，格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件受力時呈彎曲變形，故 各分肢內(nèi)力并不相等，其強度和穩(wěn)定性計算很復雜。30. 計算綴條時，為什么只算斜桿不算橫桿為什么只按壓桿計算綴條穩(wěn)定驗算公式中為什么要對鋼材的設(shè)計值乘以折減系數(shù) 答：由于剪力的方向取決于桿的初彎曲，可以向左也 可以向右， 因此綴條可能承受拉力也可 能承受壓力， 綴條截面應(yīng)按軸心壓桿設(shè)計。 綴條一 般采用單面連接的單角鋼，由于構(gòu)造原因，它實際上處于偏心受力狀態(tài)。為了簡化計 算， 對單面連接的單角鋼桿件按軸心受力構(gòu)件計算， 但考慮偏心的影響， 應(yīng)對鋼材強度設(shè)計 值 f 乘以相應(yīng)的折減

14、系數(shù)。31. 柱腳底板厚度的計算公式是如何導出的答：32 柱頭和柱腳的構(gòu)造及其傳力途徑如何 答：柱頭承受和傳遞梁以上結(jié)構(gòu)的荷載，柱 腳承受自身的荷載冰傳遞給基礎(chǔ)。33. 梁在彎矩作用下經(jīng)過哪幾個主要的受力階段簡述各受力階段的特點。答a彈性工作階段。梁全面工作，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，此時截面的應(yīng)力為直線分布。b.彈塑性工作階段。截面上下兩端各有一個高位 a 的區(qū)域， 此區(qū)域中正應(yīng)力為恒定值， 中間部分區(qū) 域仍保 持彈性，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。 c.塑性工作階段。梁截面的塑性區(qū)不斷向內(nèi)發(fā)展，彈性核心不斷縮小，最后形成塑性鉸，梁的承載能力達到極限。34. 梁的自由扭轉(zhuǎn)和約束扭轉(zhuǎn)有何不同 纖維保持直線且長度保

15、持不變，截面上只有 約束扭轉(zhuǎn)時，構(gòu)件產(chǎn)生彎曲變形，截面上將產(chǎn) 然產(chǎn)生與翹曲正應(yīng)力保持平衡的翹曲剪應(yīng)力。答：自由扭轉(zhuǎn)時，各截面的翹曲變形相同，縱向剪應(yīng)力，沒有縱向正應(yīng)力，因此又稱純扭轉(zhuǎn)。生縱向正應(yīng)力，稱為翹曲正應(yīng)力，同時還必35. 簡述梁整體穩(wěn)定的臨界彎矩與那些因素有關(guān)各有什么影響答：力的作用方式。荷載作用點與剪切中心的距離。截面類型。剪切中心的縱向坐標。36. 在什么情況下可不進行梁的整體穩(wěn)定計算如不能保證，須采取哪些有效措施防止失穩(wěn)答：a.有剛性輔助板密鋪在梁的受壓翼緣上并與其牢固相連，能阻止梁受壓翼緣的側(cè)向位移。 型鋼或等截面工字型截面簡支梁受壓翼緣的自由長度與其寬度之比不超過表5-3所規(guī)

16、定的數(shù)值。c.兩端簡支的箱型截面受彎構(gòu)件，當截面高度h與兩腹板的間距 bO,滿足h/bO <6 11/bO w95時，梁的整體穩(wěn)定性能夠得到保證，不必進行計算。如不能保證，可采用加大梁的截面尺寸或增加側(cè)向支撐的辦法。37. 工字型截面的受彎構(gòu)件和軸心受拉構(gòu)件,其翼緣板局部穩(wěn)定的確定原則和計算公式 有何 不同 答：38. 簡述梁腹板和加筋肋的布置原則, 并說明縱向和橫向加筋肋分別起什么作用 答： 橫 向加筋肋主要防止由剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力可能引起的腹板失穩(wěn),縱向加筋肋主要防止由彎曲壓應(yīng)力可能引起的腹板失穩(wěn)。39. 為什么組合梁腹板屈曲后還能繼續(xù)承受荷載答;腹板屈曲后抗剪能力有所提高。40.

17、什么情況下進行工廠拼接什么情況下進行工地拼接答：梁的高度、長度大于鋼材的尺寸時要進行工廠拼接。 跨度大的梁, 由于受到運輸或安裝 條件的限制要進行工地拼接。41. 了解幾種常用的次梁和主梁的連接構(gòu)造。答：疊接和平接。42. 抗彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件是以哪種極限狀態(tài)為依據(jù)進行強度計算的答;其最不利截面最終以塑性鉸達到強度承受能力極限狀態(tài)而破壞。43. 哪些情況下壓彎構(gòu)件既可能在彎矩作用平面內(nèi)失穩(wěn),也可能在彎矩作用平面外失穩(wěn) 答：在軸線壓力 N 和 M 作用下。44. 計算實腹式壓彎構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)穩(wěn)定和平面外穩(wěn)定公式中的彎矩取值是否一 樣 若平面外設(shè)有側(cè)向支撐,取值是否又不一樣 答：不一樣。一樣。45. 在計算實腹式壓彎構(gòu)件的強度和整體穩(wěn)定時，在哪些情況應(yīng)取計算公式中的丫 xc=答：截面無消弱,且 N, Mx, My 的取值與整體穩(wěn)定驗算的取值相同46. 在壓彎構(gòu)件整體穩(wěn)定計算公式中，為什么要引入 3 mx和3 tx在哪些情況下他們較大 在哪些情況下它們較小 答：47. 對實腹式單軸對稱截面的壓彎構(gòu)件,當彎矩作用在對稱軸平面內(nèi)且較大翼緣受壓 時,